Xemtailieu Tải về Thiết kế hệ thống cân dùng plc
Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CAM ĐOAN Hệ thống cân là một hệ thống được áp dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất. Với những yêu cầu về định lượng sản phẩm một cách chính xác khi được đưa vào quá trình sản xuất. Từ những yêu cầu thực tế và lòng đam mê nghiên cứu các hệ thống cân nên chúng em mạnh dạn chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN DÙNG PLC” này để làm luận văn tốt nghiệp cho mình. Trong quá trình thực hiện đề tài, chúng em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trình bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và những thành quả của chúng em đạt được trong suốt quá trình nghiên cứu dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Ths.Nguyễn Hoàng Dũng. Chúng em xin cam đoan rằng: những nội dung trình bày trong quyển báo cáo luận văn tốt nghiệp này không phải là bản sao chép từ bất kỳ công trình đã có trước nào. Nếu không đúng sự thật, chúng em xin chịu mọi trách nhiệm trước nhà trường. Cần Thơ, ngày tháng năm Sinh viên thực hiện (ký tên và ghi họ tên) CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 1 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành được luận văn này là kết quả của toàn bộ nỗ lực của bản thân chúng em trong suốt thời gian theo học tại trường, là toàn bộ năng lực của chúng em khi bắt tay vào quá trình nghiên cứu. Để được thành công như ngày hôm nay chúng em không bao giờ quên được sự giúp đỡ và sự giảng dạy rất nhiệt tình của các Thầy cô Bộ môn Tự động hoá – Khoa Công nghệ - Trường Đại học Cần Thơ. Các Thầy cô là những đội ngũ đi trước rất am hiểu về lĩnh vực khoa học kỹ thuật đã tận tình giảng dạy và giúp chúng em hoàn thành được rất nhiều đề tài Luận văn rất hay và có ứng dụng nhiều trong thực tế. Và đều không thể kể đến sự thành công của chúng em ngày hôm nay đó là sự nhiệt huyết tận tình hướng dẫn của Thầy Nguyễn Hoàng Dũng. Thầy đã cùng chúng em đi qua những ngày khó khăn trong quá trình nghiên cứu và chỉ dẫn của Thầy là niềm động lực rất lớn đối với chúng em. Và cuối cùng chúng em xin ghi ơn công lao cha mẹ đã sinh ra và cho chúng em được ăn học đến ngày hôm nay để có cơ hội tiếp cận với lĩnh vực khoa học, nhờ sự động viên thường xuyên và quan tâm đủ mặt về phía gia đình là một động lực giúp chúng em vực qua mặt tâm lý, sự chán nản để chúng em quyết tâm hoàn thành tốt được đề tài này. Chúng em cũng xin cảm ơn đến những người bạn thân đã không ngại chia sẽ về kinh nghiệm làm đề tài cũng như hỗ trợ các công việc để giúp nhóm em hoàn thành tốt được luận văn này. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 2 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Nhận xét của Giáo viên hướng dẫn ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Cần Thơ, ngày … tháng … Năm Giáo viên hướng dẫn Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Nhận xét của Giáo viên phản biện 1 ................................................................................................................ CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 3 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Cần Thơ, ngày … tháng … Năm Giáo viên phản biện 1 Nhận xét của Giáo viên phản biện 2 ................................................................................................................ CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 4 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ ................................................................................................................ Cần Thơ, ngày … tháng … Năm Giáo viên phản biện 2 Mục lục LỜI CAM ĐOAN.........................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN...............................................................................................................2 Mục lục.........................................................................................................................6 Danh mục hình..............................................................................................................8 Danh mục bảng...........................................................................................................10 Kí hiệu và viết tắt........................................................................................................11 Tóm tắt........................................................................................................................12 Abstract.......................................................................................................................13 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN.......................................................................................14 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................14 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI.........................................................................................14 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI..........................................................................................14 1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG.................................................................................15 1.5 HƯỚNG GIẢI QUYẾT...................................................................................15 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT..........................................................................16 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 5 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG..........................................................16 2.1.1 Khối lượng của một vật thể.......................................................................16 2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật..............................................16 2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL)...............................................17 2.2.1 Cấu tạo của một Loadcell..........................................................................17 2.2.2 Mạch cầu Wheatstone...............................................................................17 2.2.3 Ứng dụng loadcell vào đề tài....................................................................19 2.3 BỘ KHUẾCH ĐẠI LOADCELL CHUẨN CÔNG NGHIỆP........................20 2.4 MODUL MỞ RỘNG ANALOG EM231........................................................21 2.4.1 Cấu tạo.......................................................................................................21 2.4.2 Thông số kỹ thuật......................................................................................22 2.5 GIỚI THIỆU VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH............................25 2.5.1 Khái niệm chung.......................................................................................25 2.5.2 Những đặc điểm của PLC.........................................................................25 2.5.3 Phân loại PLC S7 200...............................................................................25 2.5.4 Chức năng hình dạng bên ngoài PLC S7 200 CPU 224...........................27 2.5.5 Cấu trúc bên trong.....................................................................................27 2.5.6 Đặc điểm ngõ vào ra của PLC S7 200......................................................28 2.5.7 Cáp truyền thông.......................................................................................29 2.5.8 Thực hiện chương trình.............................................................................29 2.5.9 Phần mềm lặp trình của PLC S7 200........................................................30 2.6 GIỚI THIỆU PHẦN MỀM WINCC 6.0 SP2..................................................36 2.6.1 Các đặc điểm chính của WinCC...............................................................36 2.6.2 Các chức năng chính của WinCC.............................................................36 CHƯƠNG III: THI CÔNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG CÂN ĐỊNH LƯỢNG............38 3.1 THIẾT KẾ PHẦN CỨNG................................................................................39 3.1.1 Đấu nối PLC S7-200 CPU224 với Modul Analog EM231......................39 3.1.2 Đấu nối Modul Analog EM231 với bộ khuếch đại MKcells, Loadcell với MKcells..............................................................................................................41 3.1.3 Động cơ và mạch điều khiển động cơ.......................................................41 3.1.4 Thiết kế mô hình cơ khí............................................................................43 3.1.5 Cảm biến....................................................................................................51 3.1.6 Van khí nén................................................................................................53 3.2 THIẾT KẾ PHẦN MỀM..................................................................................54 3.2.1 Ý tưởng thiết kế chương trình:..................................................................54 3.2.2 Lưu đồ chương trình điều khiển hệ thống................................................55 3.2.3 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC.............................................................62 3.2.4 Thiết kế truyền dữ liệu PC – Access.........................................................72 3.2.5 Thiết kế giao diện và điều khiển giám sát bằng WinCC..........................73 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC VÀ KIẾN NGHỊ.........................................81 4.1 KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC...................................................................................81 4.1.1 Phần cứng..................................................................................................81 4.1.2 Phần mềm..................................................................................................82 4.2 KIẾN NGHỊ......................................................................................................85 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 6 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 4.2.1 Giới hạn kết quả đề tài..............................................................................85 4.2.2 Hướng phát triển........................................................................................85 Phụ lục........................................................................................................................86 Tài liệu tham khảo......................................................................................................88 Danh mục hình Hình 2. 1 Cân bằng đòn cân.......................................................................................16 Hình 2. 2 Cấu tạo Strain gage....................................................................................17 Hình 2. 3 Mạch cầu Wheatstone................................................................................18 Hình 2. 4 Cấu tạo bên trong loadcell và nguồn cấp...................................................18 Hình 2. 5 Một số dạng loadcell..................................................................................19 Hình 2. 6 Loadcell UWE dạng thanh.........................................................................19 Hình 2. 7 Bộ khuếch đại loadcell MKcells KM02A.................................................20 Hình 2. 8 Modul Analog EM231................................................................................22 Hình 2. 9 Các switch cho phép cấu hình modul EM231...........................................24 Hình 2. 10 Cấu trúc dữ liệu của word ngõ vào..........................................................24 Hình 2. 11 Hình dáng bên ngoài của PLC S7 200.....................................................25 Hình 2. 12 Sơ đồ khối hệ thống PLC S7 200.............................................................27 Hình 2. 13 Sơ đồ I/O của CPU 224 với nguồn cấp là 24VDC..................................28 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 7 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 2. 14 Cáp PC/PPI kết nối RS232 và RS485......................................................29 Hình 2. 15 Vòng quét trong PLC S7 200...................................................................29 Hình 2. 16 Mô tả lệnh Load.......................................................................................30 Hình 2. 17 Mô tả lệnh Load Not................................................................................30 Hình 2. 18 Mô tả lệnh đấu nối tiếp.............................................................................31 Hình 2. 19 Mô tả lệnh đấu song song........................................................................31 Hình 2. 20 Mô tả lệnh Set và Reset............................................................................31 Hình 2. 21 Mô tả lệnh TON.......................................................................................31 Hình 2. 22 Mô tả lệnh Timer Off delay......................................................................32 Hình 2. 23 Mô tả lệnh Timer ON có nhớ...................................................................32 Hình 2. 24 Lệnh đếm lên được trình bày dưới dạng Ladder.....................................33 Hình 2. 25 Lệnh đếm xuống được trình bày dưới dạng Ladder................................33 Hình 2. 26 Lệnh đếm lên xuống.................................................................................33 Hình 2. 27 Mô tả lệnh gọi chương trình con..............................................................34 Hình 2. 28 Mô tả lệnh nhảy........................................................................................34 Hình 2. 29 Các bước điều khiển chương trình...........................................................35 Hình 3. 1 Các bước thiết kế mô hình định lượng......................................................38 Hình 3. 2 Sơ đồ điều khiển hệ thống..........................................................................39 Hình 3. 3 Sơ đồ đấu nối PLC, EM 231 và bộ khuếch đại.........................................40 Hình 3. 4 Sơ đồ đấu dây cho modul EM231..............................................................40 Hình 3. 5 Kết nối CPU224 với modul EM231..........................................................40 Hình 3. 6 Cách đấu dây bộ khuếch đại loadcell.........................................................41 Hình 3. 7 Mạch nguồn 12 VDC 3A...........................................................................42 Hình 3. 8 Mạch kích động cơ từ ngõ ra PLC.............................................................43 Hình 3. 9 Hình chiếu đứng của phễu..........................................................................45 Hình 3. 10 Hình chiếu cạnh của phễu........................................................................46 Hình 3. 11 Hình chiếu bằng của phễu........................................................................47 Hình 3. 12 Hình chiếu đứng băng tải.........................................................................47 Hình 3. 13 Hình chiếu cạnh băng tải..........................................................................48 Hình 3. 14 Hình chiếu bằng băng tải.........................................................................49 Hình 3. 15 Bản vẽ mô hình cân định lượng...............................................................50 Hình 3. 16 Cảm biến quang PZ2-41P loại PNP.........................................................51 Hình 3. 17 Cách đấu dây cảm biến quang PZ2-41P..................................................52 Hình 3. 18 Cảm biến quang BYD30-DDT-T loại NPN.............................................52 Hình 3. 19 Cách đấu dây cảm biến quang BYD30-DDT-T.......................................53 Hình 3. 20 Van đảo chiều 5/2.....................................................................................53 Hình 3. 21 Van tiết lưu...............................................................................................54 Hình 3. 22 Quan hệ giữa khối lượng và giá trị AD đọc về........................................54 Hình 3. 23 Lưu đồ chương trình cân..........................................................................57 Hình 3. 24 Lưu đồ giải thuật điều khiển hệ thống cân với tải trọng 2kg..................60 Hình 3. 25 Màn hình giao diện PC Access................................................................72 Hình 3. 26 Các biến đã khai báo hoàn chỉnh.............................................................72 Hình 3. 27 Cửa sổ làm việc của WinCC....................................................................73 Hình 3. 28 Cửa sổ liên kết các Tag giữa PC Access với WinCC...............................73 Hình 3. 29 Giao diện đồ họa hệ thống định lượng.....................................................74 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 8 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 3. 30 Cửa sổ thiết lập cho Alarm Logging........................................................75 Hình 3. 31 Tùy chọn màu cho các Alarm..................................................................75 Hình 3. 32 Cửa sổ thiết lặp cho các biến trạng thái Tag Logging.............................76 Hình 3. 33 Các màu tương ứng với các biến trạng thái Tag Logging.......................76 Hình 3. 34 Giao diện Web Navigator.........................................................................77 Hình 3. 35 Giao diện tạo bảo mật cho người dùng....................................................78 Hình 3. 36 Truy xuất dữ liệu ra Excel........................................................................79 Hình 3. 37 Thiết lập chế độ hoạt động của chức năng WinCC.................................80 Hình 4. 1 Mô hình cơ khí hoàn chỉnh của cân...........................................................81 Hình 4. 2 Giao diện điều khiển hệ thống tự động......................................................82 Hình 4. 3 Giao diện Web Navigator...........................................................................83 Hình 4. 4 Truy suất dữ liệu ra Excel..........................................................................83 Hình 4. 5 Biểu đồ thể hiện các biến trạng thái...........................................................84 Hình 4. 6 Thay đổi các biến trạng thái tag logging....................................................84 Hình 4. 7 Theo dõi Alarm logging.............................................................................85 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 9 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Danh mục bảng Bảng 2. 1 Thông số Loadcell UWE...........................................................................20 Bảng 2. 2 Thông số kỹ thuật KM02A........................................................................21 Bảng 2. 3 Thông số modul Analog EM 231 và EM 235...........................................23 Bảng 2. 4 Bảng cấu hình modul EM 231...................................................................24 Bảng 2. 5 Thông số của các loại CPU dòng S7 200..................................................27 Bảng 2. 6 Các loại Timer và độ phân giải tương ứng................................................31 Bảng 3. 1 Linh kiện dùng trong mạch nguồn 12VDC...............................................42 Bảng 3. 2 Cách linh kiện dùng trong mạch kích động cơ..........................................42 Bảng 3. 3 Thông số cảm biến quang PZ2-41P loại PNP...........................................44 Bảng 3. 4 Thông số cảm biến quang BYD50-DDT-T loại NPN...............................45 Bảng 3. 5 Quy ước các ngõ vào ra cho PLC..............................................................50 CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 10 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Kí hiệu và viết tắt - PLC: Progammble Logic Control - WinCC: Windows Control Center - HMI: Human Machine Interface - CPU: Central Processing Unit - SCADA: Supervisory Control And Data Acquisition CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 11 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Tóm tắt Đề tài nêu lên một giải pháp thiết kế hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng PLC. PLC có nhiệm vụ đọc giá trị trọng lượng ở dạng tương tự từ ngõ ra của Loadcell sau khi qua bộ khuếch đại. Một chương trình được viết sẵn cho PLC để đọc, thiết lập hệ thống cân, tính toán và giao tiếp với giao diện HMI (được lập trình trên WinCC). Giao diện HMI sẽ hiển thị trọng lượng cân của mỗi mẻ, tổng số mẻ cân được trong ca và các chức năng thiết lặp các thông số ban đầu cho hệ thống cân. Qua thời gian nghiên cứu thiết kế, cân chỉnh và vận hành thực tế. Kết quả của hệ thống cân này có độ chính xác 6g. Với kết quả này, nhóm chúng em mạnh dạn đề nghị đề tài được nghiên cứu thêm và đưa vào áp dụng trong sản xuất. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 12 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Abstract Topic raised a design solution weighing systems used to quantify PLC online. PLC will read the value in the form of analog weight from the loadcell output after passing through the amplifier. A written program available to the PLC to read, set weighing systems, computing and communication with HMI interface (programmed on WinCC). HMI displays weight of each batch, the total batch weight in the case and the functions set the initial parameters for weighing systems. Across time the study design, calibration and operational reality. The result of this weight system accuracy of 6g. With this result, the group we strongly suggest topics to be studied further and introduced in production.. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 13 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Đồng bằng sông Cửu Long - dựa lúa lớn nhất cả nước, là một khu vực thuần nông nghiệp rất phong phú về nhiều loại sản phẩm nông nghiệp. Trong các nhà máy xay lúa, sau khi thành phẩm là gạo, người ta thường cho vào bao và sau đó đem lên bàn cân để xác định khối lượng. Đây là phương pháp cân tĩnh truyền thống từ xưa đến nay, phương pháp này gây tốn nhiều thời gian, nhân công, không lưu trữ dữ liệu chính xác khi cân với số lượng lớn, năng suất không cao, chưa áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật. Bên cạnh đó, một số cơ sở được trang bị thiết bị điều khiển tự động ngoại nhập, có giá thành rất cao, không làm chủ được thiết bị này và các thiết bị này không phù hợp với từng loại sản phẩm nông nghiệp cụ thể. Để khắc phục khó khăn trên, chúng em mạnh dạn đề xuất đề tài “Thiết kế hệ thống cân dùng PLC”. 1.2 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI - Thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng trực tuyến dùng PLC. - Với phương pháp cân động sẽ thay thế cho phương pháp cân tĩnh truyền thống. Khi cân động, sản phẩm dạng hạt sẽ được định lượng một cách tự động, vận chuyển theo phương hướng đã định trước, cân với tốc độ nhanh, hiệu quả, không tốn nhiều sức lực. Hơn nữa, người quản lý sẽ điều khiển, giám sát hệ thống cân cũng như cập nhật số liệu một các tự động, liên tục và chính xác. - Phương pháp điều khiển và giám sát hệ thống thiết bị bằng phần mềm WinCC trên giao diện HMI sẽ giúp người quản lý và điều khiển công việc hiệu quả hơn, nhanh hơn ít tốn thời gian và chủ động trong công việc. - Tính toán phương pháp cân động để khối lượng thu về một cách chính xác. - Toàn bộ trạng thái hoạt động và số liệu cân thu về được điều khiển và giám sát trên máy tính thông qua phần mềm ứng dụng WinCC. 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI - Theo thiết kế, hệ thống định lượng hai sản phẩm tiêu biểu là đậu và gạo với khối lượng là 2kg. Tuy nhiên, hệ thống có thể cân nhiều sản phẩm dạng hạt khác như lúa, ngô, hạt tiêu, bắp, các loại phân bón dạng hạt,…Giới hạn độ chính xác cho hệ thống cân là 6g. - Điều khiển và giám sát thiết bị trên máy tính. Hiển thị khối lượng nguyên liệu thực tại và tổng khối lượng nguyên liệu, năng suất sẽ được hiển thị trên màn hình. Tuy nhiên việc tính tiền và in hóa đơn cho khách hàng nằm ngoài phạm vi đề tài. Trên cở sở này, đề tài có thể mở rộng cho các mô hình cân định lượng với công suất lớn hơn, ứng dụng nhiều hơn trong thực tiễn. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 14 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC 1.4 GỚI THIỆU NỘI DUNG - Đề tài thiết kế, thi công, điều khiển và giám sát hệ thống cân định lượng là đề tài mang tính ứng dụng trong sản xuất. Hệ thống gồm một phễu lớn chứa nguyên liệu ban đầu. Nguyên liệu có thể được đưa từ băng tải, gàu tải, hoặc dùng sức con người. Sau đó nguyên liệu được đưa vào một phễu nhỏ dùng để định lượng. Toàn bộ phễu nhỏ được gắn trên đầu một cảm biến trọng lượng (loadcell). Một băng tải dùng để chuyển thùng chứa tới, khi đến đúng vị trí đã định, cảm biến quang phát hiện, đèn bật sáng, nguyên liệu sau khi cân với khối lượng định trước được đổ vào thùng và băng tải sẽ chuyển thùng chứa nguyên liệu này ra ngoài. Phễu lớn dùng để chứa liệu và cấp liệu cho phễu cân nhỏ. Nếu khi hết liệu tới một mức giới hạn nào đó thì cảm biến quang phát hiện báo hiệu đèn sáng để đưa liệu mới vào. Nguyên liệu được đưa vào phễu cân nhỏ gắn trên đầu loadcell. Tín hiệu ngõ ra của Loadcell được đưa về modul Analog EM231 sau khi được khuếch đại lên nhờ bộ khuếch đại chuẩn công nghiệp MKcells. Tín hiệu này được đưa về PLC S7 200 xử lý và hiển thị trên màn hình HMI (được thiết kế bởi phần mềm WinCC 6.0 SP2). - Hệ thống sử dụng phương pháp tính toán cân động để lấy khối lượng sản phẩm sao cho chính xác nhất. Hệ thống sẽ được giám sát và điều khiển dựa trên phần mềm WinCC. Các miệng phễu được đóng mở thông qua điều khiển các xilanh dùng để cân thô và chỉnh tinh. - Dựa trên khối lượng cần cân mà hệ thống tự động tính toán ra hai mức cân tương ứng như trên. Ban đầu một lượng lớn nguyên liệu sẽ được đổ vào để cân gần với giá trị mong muốn thì van cân thô đóng lại. Lúc này van cân tinh sẽ tiết lưu để đóng chậm nhằm đưa một ít nguyên liệu nữa để đủ trọng lượng cần cân thì van này sẽ đóng lại. Quá trình cân kết thúc. 1.5 HƯỚNG GIẢI QUYẾT Bước 1: - Tìm hiểu các mô hình cân động dạng hạt. - Tìm hiểu về loadcell, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. - Tìm hiểu module analog EM231. - Tìm hiểu PLC S7-200 Siemens và tập lệnh. - Tìm hiểu về PC Access, WinCC 6.0 SP2 các chức năng của WinCC. - Tìm hiểu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình Step7 Microwin. - Thiết kế cơ khí, khí nén, mạch điện và xây dựng mô hình thực tế. - Thiết kế giao diện điều khiển giám sát, thu thập dữ liệu trên WinCC. - Viết chương trình điều khiển cho PLC. Bước 2:Thiết kế cơ khí và lắp đặt cảm biến, van khí nén. Bước 3: Kết nối PLC với bộ phận cơ khí của cân. Bước 4: Lập trình cho hệ thống cân, thiết lập thông số ban đầu cân 2 mức (thô và tinh), giao tiếp với giao diện HMI. Bước 5: Hiển thị kết quả cân trên giao diện HMI. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 15 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG 2.1.1 Khối lượng của một vật thể - Khối lượng là thước đo về lượng nhiều hay ít hay mức độ đậm đặc (loãng hay đặc) của vật chất chứa trong vật thể. Khối lượng được hiểu phổ thông nhất là sức nặng của vật trên mặt đất. m .dV Khối lượng của vật có thể được tính từ tích phân toàn bộ thể tích của vật với là khối lượng riêng (Nguồn: wekipedia.org) Đơn vị tiêu chuẩn đo khối lượng là kilogam (kg) - Trọng lượng là một trường hợp của công thức này. Dưới tác dụng của sức hút trái đất, vật có khối lượng sẽ chịu tác dụng của trọng lượng P = m.g ; g là gia tốc trọng trường 9,8 m/s2 là một số cố định ở từng khu vực - Các phương pháp đo khối lượng là dựa vào quan hệ này. Có rất nhiều phương pháp xác định khối lượng của vật, từ cổ điển đến hiện đại. Tuy nhiên điều sai số là điều khó tránh khỏi đối với các thiết bị cân khối lượng có cấu tạo đơn giản, thiết bị cân điện tử sẽ khắc phục được nhược điểm này. Sau đây là một vài cách thức xác định khối lượng của một vật. 2.1.2 Các hình thức xác định khối lượng của vật - Cân bằng đòn cân: một khối lượng chưa biết được đặt trên đĩa cân. Các quả cân được hiệu chỉnh chính xác có kích thước khác nhau được đặt trên đĩa bên kia cho đến khi cân bằng. Khối lượng chưa biết bằng tổng khối lượng của các quả cân đặt lên. Hình 2. 1 Cân bằng đòn cân - Cân đồng hồ lò xo thực tế là một ứng dụng đo khối lượng thông qua sự dịch chuyển dưới tác dụng của trọng lực do vật khối lượng m gây ra. Khối lượng chưa biết đặt trên bàn cân trên lò xo đã được hiệu chỉnh. Lò xo di động cho đến khi lực đàn hồi của lò xo cân bằng với trọng trường tác động lên khối lượng chưa biết. Lượng di động của lò xo được dùng để đo khối lượng chưa biết. Ở các cân đồng hồ CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 16 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC chỉ thị kim, lượng di động của lò xo sẽ làm kim quay thông qua một cơ cấu bánh răng với tỷ lệ hợp lý và góc quay của kim sẽ xác định khối lượng của vật cần cân. - Ngày nay, với tiến bộ của khoa học kỹ thuật, thì các thiết bị cân điện tử ra đời để xác định khối lượng của một vật từ rất nhỏ đến khối lượng tương đối lớn như: cân phân tích, cân vàng, cân xe tải,..và đang được dùng rất phổ biến trong đời sống, sản xuất. - Để có được những bàn cân điện tử với độ chính xác cao thì các loại cảm biến trọng lượng (cảm biến lực) được sử dụng với thiết bị này. Các cảm biến trọng lượng dùng trong việc đo khối lượng được sử dụng phổ biến là Loadcell. Đây là một kiểu cảm biến lực biến dạng. Lực chưa biết tác động vào một bộ phận đàn hồi, lượng di động của bộ phận đàn hồi biến đổi thành tín hiệu điện tỷ lệ với lực chưa biết. 2.2 CẢM BIẾN TRỌNG LƯỢNG (LOADCELL) 2.2.1 Cấu tạo của một Loadcell - Loadcell gồm một vật chứng đàn hồi, là một khối nhôm hoặc thép không rỉ được xử lý đặc biệt, trên vật chứng có dán 4 strain gage. Khi vật chứng bị biến dạng dưới tác dụng của trọng lượng tác động vào loadcell thì có thể có 2 hoặc 4 strain gage bị tác động. - Strain gage hay còn gọi là cảm biến biến dạng gồm một sợi dây dẫn có điện trở suất (thường dùng hợp kim của Niken) có chiếu dài l và có tiết diện s, được cố định trên một phiến cách điện như hình sau: Hình 2. 2 Cấu tạo Strain gage [1] - Khi đo biến dạng của một bề mặt dùng Strain gage, người ta dán chặt strain gage lên trên bề mặt cần đo sao cho khi bề mặt bị biến dạng thì strain gage cũng bị biến dạng. - Các strain gage được dùng để đo lực, đo momen xoắn của trục, đo biến dạng bề mặt của chi tiết cơ khí, đo ứng suất,…và được dùng để lắp mạch cầu Wheatstone để chế tạo ra các loadcell. 2.2.2 Mạch cầu Wheatstone - Loadcell hoạt động dựa trên nguyên lý cầu điện trở cân bằng Wheatstone. Mạch cầu Wheatstone dùng để chuyển đổi sự thay đổi của điện trở (thay đổi điện trở của các strain gage) dưới tác dụng lực thành sự thay đổi của điện áp trên đường chéo của cầu. CBHD: Ths. Nguyễn Hoàng Dũng Trang 17 SVTH: Phạm Hoàng Hiệp Nguyễn Văn Tâm Luận văn tốt nghiệp Đại học Thiết kế hệ thống cân dùng PLC Hình 2. 3 Mạch cầu Wheatstone Rx Ro R, U V V Trong sơ đồ trên , ta có: R R 1 R U 0 .Vcc .Vcc 2 2 R0 R 2 R0 R 2 Nếu